Moduli, Kit di Sviluppo e PCB Personalizzati: Quale Dovresti Usare?

Creato: agosto 23, 2022
Aggiornato: luglio 1, 2024

Nel bel vecchio 2018, quando tutti si occupavano della carenza di condensatori invece che di quella dei semiconduttori, i kit di sviluppo giocavano un ruolo nel marketing e nella prova di concetto piuttosto che nel design del sistema. È comune acquistare kit di sviluppo per alcuni componenti critici quando sono disponibili e utilizzarli per costruire e testare un'applicazione embedded. Sono ottimi anche per sperimentare con le funzionalità di cui hai bisogno, oltre che per imparare come usare un nuovo componente.

Ora, con tutti i problemi della catena di fornitura e la sovrabbondanza di inventario di schede di sviluppo, ho visto più progetti in cui i progettisti stanno sfruttando un kit di sviluppo o un modulo come un SoM. Inizieranno con il kit di sviluppo o il SoM e costruiranno intorno ad esso una scheda base/scheda di espansione che fornisce la funzionalità aggiuntiva. Alcuni di questi progetti sono sforzi di prototipazione che offrono un percorso a basso rischio verso una prova di concetto, mentre altri sono prodotti a pieno titolo che verranno prodotti in grande volume.

Quindi, quale percorso è migliore per il tuo nuovo prodotto? Analizzeremo i pro e i contro.

Perché costruire intorno a un modulo o a un kit di sviluppo?

I moduli e i kit di sviluppo sono schede complete che possono essere immediatamente impiegate in un nuovo sistema o come parte autonoma in un assemblaggio elettronico. I fornitori di semiconduttori offrono queste schede e kit ai progettisti per usarli come strumenti di sviluppo di applicazioni, per prove di concetto e prodotti pronti all'uso che possono gestire un intero sistema. Storicamente, questi erano strumenti di marketing e sono sempre stati un leader di perdita per i fornitori di semiconduttori perché venivano prodotti in basso volume. L'idea era di fornire ai progettisti un prodotto che li aiutasse a dimostrare una nuova applicazione prima di effettuare un grande acquisto di parti.

Un approccio correlato è quello di utilizzare moduli di schede pre-fatti o sistemi su modulo (SoM). Queste schede sono sviluppate da terze parti, quindi potresti non ricevere lo stesso livello di supporto allo sviluppo che avresti con l'acquisto di un kit di sviluppo. Tuttavia, questo approccio è probabilmente più popolare dell'adattamento di un kit di sviluppo a causa del supporto della comunità disponibile per molti prodotti popolari. Alcune delle opzioni più popolari utilizzate nella produzione sono le schede Arduino e Raspberry Pi, sebbene altre schede molto popolari come ESP32 e ESP8266 NodeMCU stiano facendo strada nei prodotti di grado produttivo.

La selezione dei moduli è normalmente guidata dal componente principale sulla scheda (solitamente un MCU o FPGA), così come dal modo in cui questo verrà utilizzato con eventuali altri periferici nel prodotto finale. Quando si lavora con questi moduli, generalmente si possono adottare due approcci: utilizzare il modulo da solo senza periferici aggiuntivi o costruire una scheda base personalizzata che fornisca connessioni ad alcuni periferici. Quest'ultima è una strada popolare poiché offre la flessibilità di costruire qualcosa di personalizzato attorno a una piattaforma collaudata riducendo i costi complessivi.

Vantaggi e Svantaggi dei Moduli

Prodotti collaudati - Ad eccezione di alcuni prodotti di terze parti o di design open-source, questi prodotti sono stati collaudati dai progettisti e i moduli popolari avranno solitamente a disposizione abbondanti risorse di progettazione.
Accesso ai periferici - I kit di sviluppo e i moduli generalmente forniscono accesso a ogni periferico e pin sul processore principale. L'idea è permettere a un progettista di sperimentare con diverse connessioni o moduli esterni.
Conformità EMC - Poiché questi prodotti sono prodotti in grandi volumi e sono liberamente disponibili per l'acquisto, è richiesto che abbiano superato i test di conformità EMC.
Accesso ai file di progettazione - Alcuni prodotti di sviluppo avranno file di progettazione disponibili che possono essere adattati direttamente in un nuovo design dal prodotto di sviluppo. La stessa idea si applica ai design open-source.

Complessivamente, questi fattori riducono il rischio per i progettisti e gli sviluppatori di applicazioni. Al contrario, ci sono alcune ragioni per decidere di sviluppare una scheda completamente personalizzata:

Nessun controllo sul fattore di forma - Quando si acquista un modulo, quello che si vede è quello che si ottiene. Si è vincolati al fattore di forma della scheda e si dovrà costruire tutto attorno ad essa.
Difficoltà nell'adattarlo in un assemblaggio - Questo è un'emanazione del punto precedente; può essere difficile costruire un assemblaggio completo che soddisfi i requisiti dell'esperienza utente o il fattore di forma ideale di un prodotto finale.
I/O o periferici inutilizzati - I moduli forniranno accesso a ogni periferico sul controller host principale a scopo di sperimentazione. Questo può effettivamente essere un aspetto negativo e influisce sulle dimensioni/costo della scheda di sviluppo.
Catena di fornitura - Se si prevede di produrre in grandi volumi per un periodo prolungato, potrebbe essere difficile trovare alcuni kit di sviluppo direttamente dal fornitore. Gli Arduino e i Raspberry Pi sono solitamente disponibili in grandi quantità, ma i kit di sviluppo potrebbero non essere disponibili nelle stesse quantità.

Un aspetto difficile da affrontare è il costo. Se si confronta il costo della scheda di sviluppo (normalmente sotto i $100 per scheda, eccetto per i grandi prodotti FPGA) con il costo di una scheda personalizzata, si scoprirà che le schede personalizzate devono essere prodotte in volumi molto alti per essere competitive in termini di costo con un modulo disponibile sul mercato. Considerate questi punti di sviluppo, la vostra tolleranza al rischio e il vostro budget con attenzione prima di optare per un modulo o un kit di sviluppo.

Come Trovare Kit di Sviluppo, Moduli e Parti

Non tutte le parti avranno kit di sviluppo, ma la selezione dei kit di sviluppo è normalmente guidata dalle capacità di parti specifiche. Se non riesci a trovare un kit di sviluppo, ma desideri un percorso più rapido verso un progetto completo, un'opzione è utilizzare un componente con un progetto di riferimento disponibile. A volte, il materiale di progetto di riferimento disponibile pubblicamente corrisponde al kit di sviluppo, quindi la maggior parte dell'ingegneria richiesta per il tuo prodotto sarà già completata.

Iniziare con un progetto open-source che è stato approfonditamente sviluppato è anche un metodo per accelerare lo sviluppo. Alcuni moduli (in particolare Arduinos e varianti clonate) sono disponibili come progetti open-source che possono essere copiati e modificati, o possono essere utilizzati con una baseboard personalizzata. Se scegli una di queste strade, considera come il modulo si monterà sulla baseboard. Le opzioni includono la saldatura SMD per moduli con castellazioni, pin-header (solitamente trovati su schede MCU) e connettori mezzanine o altri connettori board-to-board che forniscono alimentazione e dati ad alta velocità.

Poiché le schede di sviluppo potrebbero avere un fattore di forma scomodo, I/O esposti che non sono necessari, o mancano di connessioni compatibili con periferiche, le schede personalizzate rimangono ancora l'opzione più popolare per costruire nuovi prodotti. Per moduli più popolari come Arduino, alcune aziende venderanno baseboard specifiche per applicazioni, il che pone l'onere sul cliente di procurarsi il volume richiesto di moduli. In entrambi i casi, avrai bisogno di trovare alcune di queste parti per baseboard personalizzate o schede processore:

Ci sono molti altri componenti che potrebbero essere necessari in questi sistemi personalizzati che non possono essere trovati su un modulo a scheda singola o kit di sviluppo. Per aiutarti a trovare le parti di cui hai bisogno, utilizza le funzionalità avanzate di ricerca e filtraggio in Octopart. Quando utilizzi il motore di ricerca elettronica di Octopart, avrai accesso ai dati aggiornati sui prezzi dei distributori, inventario delle parti e specifiche delle parti, ed è tutto liberamente accessibile in un'interfaccia user-friendly. Dai un'occhiata alla nostra pagina sui circuiti integrati per trovare i componenti di cui hai bisogno.

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